Решение проблем электромагнитных помех (ЭМП) в сервомоторных ступенях

Мы производим ручные и моторизованные платформы для выравнивания уже более 9 лет. Мы также выпускаем автоматизированные платформы для выравнивания. Поэтому мы сталкивались со множеством проблем, связанных с электромагнитными помехами. Некоторые из них просты. От других хочется рвать на себе волосы.

Если вы работаете с оптической юстировкой, вам знакомо это ощущение. Предметный столик движется. Камера смотрит. Изображение шумное. Положение смещено на несколько микрон. Вы проверяете механику. Всё затянуто. Затем вы понимаете, что проблема не в механике. Это электрический шум.

Это руководство предназначено для покупателей, инженеров и всех, кому оно необходимо.сервомоторная платформаЭто действительно работает на реальном заводе. Никакой лишней информации. Только практические знания, полученные в ходе реализации реальных проектов.

Как электромагнитные помехи влияют на работу сервомотора

EMI расшифровывается как электромагнитные помехи. Это нежелательные электрические шумы. Они могут распространяться по кабелям или по воздуху. Попадая на съемочную площадку, они создают помехи для привода, кодировщика, камеры или датчиков.

Результат?Помехи в управлении движениемПредметный столик перемещается не совсем туда, куда вы его задали. Иногда это крошечная ошибка. Иногда — большая. В оптической юстировке даже крошечная ошибка имеет большое значение.

В лабораторных условиях мы наблюдали стандартную схему с повторяемостью 2 мкм. На производственной линии она снизилась до 15 мкм. Та же схема. Та же механика. Единственное отличие заключалось в электромагнитных помехах от расположенного рядом оборудования.

Откуда берутся электромагнитные помехи в моторизованных ступенях

Электромагнитные помехи в моторизованных ступеняхОбычно это происходит из четырех источников. Давайте разберем их подробнее.

Обычно главным подозреваемым является сам водитель.

В большинстве сервоприводов используется ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Это означает, что они очень быстро включают и выключают питание. Речь идёт о частоте от 10 кГц до 100 кГц и более. Такое быстрое переключение создаёт высокочастотный шум. Это основной источник электромагнитных помех в большинстве систем.

Кабели и заземление: типичные виновники

Силовые и сигнальные кабели ни в коем случае не должны прокладываться вместе. В противном случае помехи будут перескакивать с одного на другой. Мы видели 3-метровый участок неэкранированного кабеля энкодера рядом с силовым кабелем 220 В. Это добавило 10 мкм погрешности. И это только из-за прокладки кабеля.

Плохое заземление — ещё одна серьёзная проблема. Заземляющая петля действует как антенна. Она улавливает помехи и передаёт их прямо на ваш кодер или камеру.

Жертвами становятся кодировщики и камеры.

Энкодеры посылают сигналы низкого напряжения. Их легко исказить. Если кабель энкодера не экранирован, помехи могут изменить импульсы. В результате привод будет считать, что платформа находится в неположенном месте.

Камеры также чувствительны. Электромагнитные помехи проявляются в виде линий, «снега» или «волнистых полос» на изображении. Программное обеспечение неправильно определяет края. Оно неправильно рассчитывает смещение. Платформа перемещается не в то место.

Другие источники, о которых вы, возможно, не задумывались.

Сварочные аппараты, насосы, лазеры и даже люминесцентные лампы могут создавать электромагнитные помехи. У нас был клиент, у которого сварочная платформа выходила из строя каждый раз, когда включался находящийся рядом сварочный аппарат. Сама платформа работала исправно. Проблема была в окружающей среде.

Почему автоматическая оптическая юстировка настолько чувствительна

Электромагнитные помехи в моторизованных платформах для автоматизированной оптической юстировкиЭто распространённая и дорогостоящая проблема. Вот почему.

Оптическая юстировка — это процесс с замкнутым контуром. Камера смотрит на метку. Программное обеспечение вычисляет смещение. Платформа перемещается для его коррекции. Затем камера проверяет снова. Если в сигнал камеры попадают электромагнитные помехи, изображение получается нечетким. Если в сигнал энкодера попадают электромагнитные помехи, привод сбивается с толку. Контур никогда не стабилизируется.

На многих заводах целевая погрешность составляет от 1 до 5 мкм. Электромагнитные помехи могут легко добавить от 10 до 50 мкм погрешности. В этом и заключается разница между прохождением и непрохождением испытаний.

Как уменьшить помехи от управления движением в сервомоторных платформах для автоматизированной оптической юстировки?

Это главный вопрос.Как уменьшить помехи от управления движением в сервомоторных платформах для автоматизированной оптической юстировки?Решение не кроется в какой-то одной волшебной детали. Необходим системный подход.

Вот 8 вещей, которые мы делаем в реальных проектах.

1. Используйте экранированные кабели витой пары.

Экранирование блокирует электрические поля. Скручивание компенсирует магнитные поля. Используйте экранированную витую пару для энкодеров. Используйте экранированные кабели для питания двигателя. Подключите экран к обоим концам для подавления высокочастотных помех. Для подавления низкочастотных помех попробуйте один конец. Проверьте оба.

Качественный экран может снизить уровень шума на 20–40 дБ. Это в 10–100 раз меньшее напряжение шума.

2. Держите силовые и сигнальные провода отдельно друг от друга.

Держите силовые кабели на расстоянии не менее 20 см от сигнальных кабелей. Если их необходимо пересечь, пересекайте под углом 90 градусов. Никогда не прокладывайте их параллельно на больших расстояниях. Это простое правило может уменьшитьпомехи управления движениемвдвое или более.

3. Наладьте заземление.

Для аналоговых сигналов используйте одноточечное заземление. Для высокочастотных помех используйте заземляющую плоскость. Используйте короткие и толстые заземляющие провода. Избегайте последовательного соединения проводов. Плохое заземление может ухудшить электромагнитные помехи, а не улучшить ситуацию.

4. Добавьте фильтры электромагнитных помех и ферритовые сердечники.

Установите фильтр электромагнитных помех на вход переменного тока привода. Добавьте ферритовые сердечники в кабели двигателя и энкодера. Ферритовый сердечник может добавить от 10 до 30 дБ импеданса на высоких частотах. Он предотвращает распространение шума по кабелю.

5. Выбирайте приводы и двигатели с низким уровнем электромагнитных помех.

Не все приводы одинаковы. Некоторые имеют плавное переключение. Некоторые имеют встроенные фильтры. Некоторые двигатели имеют более совершенную конструкцию обмотки. Запросите данные испытаний на электромагнитную совместимость. Низкий уровень электромагнитной совместимости.сервомоторная платформаЭто может стоить на 10-20% дороже. Но зато позволит сэкономить 50% времени на отладке.

6. Улучшение обратной связи энкодера.

Используйте дифференциальные энкодеры вместо однополярных. Дифференциальные сигналы подавляют синфазный шум. Используйте оптические энкодеры в сильных магнитных полях. Используйте магнитные энкодеры в загрязненных средах. Подбирайте энкодер в соответствии с поставленной задачей.

7. Сделайте замеры перед установкой.

Нельзя починить то, что нельзя измерить. Используйте осциллограф для анализа сигналов энкодера. Используйте приемник электромагнитных помех для обнаружения излучаемых шумов. Проверяйте область рядом с камерой, энкодером и приводом. Записывайте уровень шума до и после каждого исправления.

8. Используйте программные фильтры только в крайнем случае.

Иногда аппаратных средств недостаточно. Можно добавить режекторный фильтр в привод. Можно добавить фильтр нижних частот в программное обеспечение камеры. Можно усреднить несколько показаний. Эти методы не устраняют электромагнитные помехи, но уменьшают их воздействие.

В таблице 1 показано, каких улучшений можно ожидать.

Сравнение сервомоторной установки с низким уровнем электромагнитных помех и стандартной сервомоторной установки для автоматической оптической юстировки

При покупке акустической системы у вас есть выбор. Вы можете купить стандартную систему. Или вы можете купить систему с низким уровнем электромагнитных помех.Сравнение сервомоторной установки с низким уровнем электромагнитных помех и стандартной сервомоторной установки для автоматической оптической юстировкиСравнение важно. Оно влияет на цену, сроки поставки и производительность.

Вот как они соотносятся.

Стандартный предметный столик вполне подходит для простых задач. Если перемещение из точки А в точку В осуществляется с точностью до 50 мкм, электромагнитные помехи могут не иметь значения. Но если выравнивание оптических компонентов выполняется с точностью до 1 мкм, стандартный предметный столик может оказаться неэффективным.

Этап с низким уровнем электромагнитных помех обходится дороже. Но он снижает риски, экономит время инженеров и повышает производительность. Во многих проектах дополнительные затраты окупаются за несколько недель.

Простой контрольный список для выбора

Как выбрать правильный вариант?сервомоторная платформаВоспользуйтесь этим контрольным списком.

Шаг 1: Определите свою среду электромагнитной совместимости.Перечислите находящееся поблизости оборудование. Сварочные аппараты, насосы, лазеры и приводы являются сильными источниками шума. Проверьте расстояние. Проверьте частоту.

Шаг 2: Проверьте воспроизводимость, а не только разрешение.Платформа может иметь разрешение 0,1 мкм. Но если повторяемость составляет 5 мкм, она не сможет обеспечить точность выравнивания в 1 мкм. Запросите данные испытаний в условиях электромагнитной совместимости.

Шаг 3: Спросите об экранировании и заземлении.Кабели экранированы? Как подключен экран? Есть ли заземляющая плоскость? Можете ли вы предоставить схему заземления?

Шаг 4: Проверьте конструкцию кабеля и разъема.Металлические разъемы лучше пластиковых. Они обеспечивают экранирование. Проверьте радиус изгиба кабеля. Слишком сильный изгиб может повредить экран.

Шаг 5: Запросите данные испытаний на электромагнитную совместимость.Запросите данные об излучаемых и кондуктивных помехах. Запросите данные испытаний на помехоустойчивость. Если поставщик не может их предоставить, будьте осторожны.

Шаг 6: Рассмотрите общую стоимость.Не следует сравнивать только стоимость этапа. Учитывайте время, затраченное на проектирование, время отладки, время простоя и потери выхода годной продукции.

Реальные примеры из нашего цеха

Мы виделиЭлектромагнитные помехи в моторизованных ступеняхво многих отраслях. Вот четыре реальных примера.

Пример 1: Контроль качества полупроводниковых пластин.Клиент использовал стандартсервомоторная платформаКамера зафиксировала шум в 5 мкм. Повторяемость позиционирования составляла 3 мкм. После добавления экранированных кабелей и ферритового сердечника шум снизился до 1 мкм. Выход годных изделий увеличился на 8%.

Случай 2: Ремонт дисплейной панели.В системе ремонта дисплея возникали случайные сбои в работе привода каждые 20–30 циклов. Причиной была контурная помеха заземления между предметным столиком и лазером. Одноточечное заземление и разделительный трансформатор устранили проблему. Сбои полностью прекратились.

Случай 3: Сканирование медицинских слайдов.Для работы медицинского сканера требовалось плавное движение. Платформа вибрировала с частотой 100 Гц. Причиной были ШИМ-шум от привода. Фильтр нижних частот и привод с низким уровнем электромагнитных помех снизили вибрацию на 90%.

Случай 4: Лазерная юстировка.Платформа для лазерной юстировки имела погрешность позиционирования 10 мкм. Кабель энкодера был неэкранированным. Он проходил рядом с силовым кабелем 220 В на протяжении 3 метров. После разделения кабелей и использования экранированного кабеля энкодера погрешность снизилась до 1,5 мкм.

Часто задаваемые вопросы

Как уменьшить помехи от управления движением в сервомоторных платформах для автоматизированной оптической юстировки?
Используйте экранированные кабели. Разделите питание и сигнал. Надлежащим образом заземлите. Добавьте фильтры и ферриты. Выберите каскад с низким уровнем электромагнитных помех. Проверьте с помощью осциллографа. Эти шаги уменьшаютпомехи управления движениемВ большинстве случаев от 80% до 95%.

Что является основным источником электромагнитных помех в сервомоторном каскаде?
Основной источник помех — сервопривод с ШИМ-управлением. На втором месте — кабели двигателя. На третьем — контуры заземления.

Можно ли устранить электромагнитные помехи без замены каскада?
Да. Можно добавить фильтры, ферриты и экранированные кабели. Можно улучшить заземление. Но если конструкция сцены неудачная, улучшение может быть лишь частичным.

Сколько стоит сервомотор с низким уровнем электромагнитных помех?
Стоимость каскада с низким уровнем электромагнитных помех на 10–30% выше, чем у стандартного каскада. Точная цена зависит от хода, нагрузки и точности.

Нужен ли мне низкоэмиссионный каскад для чистой комнаты?
В чистых помещениях электромагнитные помехи не устраняются. Однако оборудование для чистых помещений часто бывает чувствительным. Для оптической юстировки в чистых помещениях хорошо подойдет платформа с низким уровнем электромагнитных помех.

Как проверить наличие электромагнитных помех?
Используйте осциллограф для проверки уровня шума сигнала. Используйте приемник электромагнитных помех для проверки уровня излучаемого шума. Проведите тестирование камеры, кодировщика и привода. Сравните результаты до и после каждого исправления.

Почему стоит сотрудничать с нами?

Мы работаем в этой сфере более 9 лет. Мы производим ручные и моторизованные платформы для позиционирования. Мы также производим автоматизированные платформы для выравнивания. Мы специализируемся на исследованиях и разработках, производстве и продажах. Мы разбираемся в электромагнитной совместимости, потому что проводим испытания каждый день.

Нашсервомоторная платформаВарианты включают:

Комплекты кабелей с низким уровнем электромагнитных помех.

Экранированные кабели энкодера.

Встроенные фильтры электромагнитных помех.

Дифференциальные энкодеры.

Индивидуальная конструкция заземления.

Данные испытаний на электромагнитную совместимость предоставляются по запросу.

Мы не просто продаем сцену. Мы помогаем вам решить всю проблему с движением. Если у вас есть проблема с электромагнитными помехами, пришлите нам вашу схему. Мы можем проверить ваши кабели, заземление и настройки привода. Мы можем порекомендовать сцену с низким уровнем электромагнитных помех, которая соответствует вашему бюджету.

Давайте обсудим вашу проблему с электромобильными платежами.

Вы разрабатываете автоматизированную платформу для оптической юстировки? Вам надоело...помехи управления движениемВам нуженсервомоторная платформаКто работает на шумном заводе?

Свяжитесь с нами сегодня. Сообщите нам ваши целевые показатели точности, диапазон перемещения, нагрузку и условия эксплуатации. Мы дадим вам четкие рекомендации. Мы также поделимся данными испытаний и советами по выбору. Давайте снизим электромагнитные помехи и повысим вашу производительность.

Напишите нам прямо сейчас. Получите быстрое предложение. Решите свою проблему с электромагнитной совместимостью с помощью сцены, созданной для реального производства.